超声椭圆振动化学机械抛光原理与实验系统

介绍了抛光工具超声椭圆振动产生的基本原理,并实际测试了抛光工具的椭圆运动特性。从理论上分析了在抛光工具上加入超声椭圆振动后,对改善和提高抛光效果的作用机理。在上述研究工作基础上,建立了超声椭圆振动辅助抛光实验系统并进行了实验研究。结果表明,该超声椭圆振动辅助抛光法对硅片抛光表面质量、材料去除率均有较显著的改善。

超声椭圆振动－化学机械复合抛光工具及实验研究

针对硅片的传统化学机械抛光,特别是随着硅片直径不断增大,硅片抛光表面质量和抛光效率成为一个亟待解决的问题。介绍一种超声椭圆振动-化学机械复合抛光新技术,并对抛光机理,抛光工具设计,性能及检测进行了详细论述和说明。在上述研究工作基础上,建立了超声椭圆振动辅助抛光实验系统,并进行了实验研究。实验结果显示,在抛光加工中引入超声椭圆运动后,工件抛光表面粗糙度值由传统抛光法的Ra0.077μm降低到Ra0.032μm,材料去除率最多可提高24%,且工件表面形貌有明显改善。

硅片边缘超声振动辅助化学机械抛光实验

提出一种超声振动辅助化学机械复合抛光硅片边缘新技术,建立了抛光工具设计、性能检测及复合抛光实验系统,并进行了不同超声振动形式传统化学机械以及抛光工具对硅片边缘抛光的实验研究。结果表明,在相同抛光条件下,抛光工具超声椭圆振动对抛光效果的改善作用最佳。抛光工具加入超声椭圆运动后,工件表面粗糙度值Ra由传统抛光法的0.059μm降低到0.043μm,材料去除量增加22%,且抛光表面形貌有明显改善。

超声椭圆振动-化学机械复合抛光硅片实验研究

在研制超声椭圆振动-化学机械复合抛光硅片实验装置基础上,进一步开展了抛光压力P,抛光点速度v及抛光液供给量Q等可控工艺参数对硅片抛光表面粗糙度、表面形貌和材料去除率影响的有无超声椭圆振动辅助抛光的对比实验研究.实验结果表明:抛光工具的超声椭圆振动有利于抛光垫保持良好的表面形貌和抛光区获得良好的工作状况,提高硅片材料的去除率;抛光压力对抛光质量的影响最大,抛光速度次之,抛光液供给量影响最小;在最佳抛光效果情况下,可使硅片抛光表面粗糙度值由传统抛光法所获得的Ra0.077μm降到超声辅助抛光法的Ra0.042μm,材料去除率最多可提高18%,并且工件表面形貌有明显改善.

钛合金超声椭圆振动辅助车削实验研究

设计钛合金超声椭圆振动辅助车削实验,获得不同超声波电源电压下刀具近似椭圆运动轨迹。分析超声椭圆振动辅助车削切削力变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削能在较大程度上降低切削力。研究超声椭圆振动辅助车削工件表面粗糙度变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削工件表面粗度Ra值略增大,Rz值明显降低。分析进给速度对切削力的影响规律,随进给速度增大,普通车削及超声椭圆振动辅助车削切削力均升高。对同一进给速度,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削切削力均降低,且随进给速度增加其降低幅度减小。对比超声椭圆振动辅助车削与普通车削工件表面形貌发现,施加超声椭圆振动后工件表面沿切削速度方向形成有规律振纹。

基于ALE方法的钛合金超声振动车削仿真

采用ALE方法建立了钛合金超声振动车削有限元仿真模型。预测了超声振动车削过程中切削力变化规律,并将模拟获得的切削力平均值与相同条件实验获得的切削力平均值比较,验证了有限元模型的正确性。将超声振动主切削力模拟平均值与普通切削主切削力实验平均值比较,结果表明,采用超声振动辅助手段可以明显降低切削力平均值。预测了超声振动车削一个周期内工件及刀尖温度变化规律,结果表明,刀具切入阶段,工件及刀尖温度迅速升高,当刀具到达运动轨迹最大位移时,工件及刀尖温度达到最大值,随后进入分离阶段,工件及刀尖温度迅速降低。研究了超声振动振幅、频率对切削力及刀尖温度的影响规律,结果表明,随着超声振动振幅及频率的增大切削力有较明显的降低,刀尖温度有小幅降低。